CN1534115A - 熔纺合成纤维及生产纤维的方法 - Google Patents
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Abstract
本文描述了熔纺合成纤维及纤维的生产方法，纤维包括成纤合成高聚物及具有式(I)的重复单元的基于聚硅氧烷的聚酰胺如Ⅰ式其中n是1－500(含端值)范围内的数并表明了基于聚硅氧烷的聚酰胺的重复单元的数量，DP是基于聚硅氧烷的聚酰胺的聚硅氧烷组份的平均聚合度并且在1－700(含端值)的范围内，X选自具有1－30个碳原子的直链或带有支链的亚烷基链，Y选自具有1－40碳原子的直链或带有支链的亚烷基链，R1－R4基团中的每一者独立地选自甲基、乙基、丙基、异丙基、聚硅氧烷链、苯基以及被1－3个选自甲基和乙基的基团取代的苯基。
Description
发明背景
本发明涉及熔纺合成纤维及生产纤维的方法。
众所周知，在生产熔纺合成纤维的生产中，为了改善纱线的性质及纺纱过程，可加入添加剂。
JP-A-48 042 052描述了聚酰胺与由氧化乙烯/氧化丙烯共聚物(其含有聚硅氧烷/氧化乙烯共聚物的氧化乙烯单元)构成的添加剂的混合和纺丝。得到的纱线与类似的、不加添加剂的纱线相比，显示出较少的断丝和较高的拉伸强度。
JP-A-71 042 028描述了含有硅的聚烯烃和聚酰胺的组合物。该组合物显示出改进了的抗静电和纺丝性质。
尽管如此，仍然需要新的熔纺合成纤维。因此，本发明的一个目的在于提供其他的熔纺合成纤维及生产纤维的方法。
概述
本发明的目的包括熔纺合成纤维及生产纤维的方法，其中纤维包含成纤合成高聚物和基于聚硅氧烷的聚酰胺添加剂。
优选实现方案的详细描述
本发明的一些目的可以用包含成纤合成高聚物和基于聚硅氧烷的聚酰胺添加剂的熔纺纤维实现，上述聚酰胺添加剂具有式(I)的重复单元
其中n是1-500(含端值)范围内的数并表明了基于聚硅氧烷的聚酰胺的重复单元的数量，DP是基于聚硅氧烷的聚酰胺的聚硅氧烷组份的平均聚合度并且在1-700(含端值)的范围内，X选自具有1-30个碳原子的直链或带有支链的亚烷基链，Y选自具有1-40碳原子的直链或带有支链的亚烷基链，R1-R4基团中的每一者独立地选自甲基、乙基、丙基、异丙基、聚硅氧烷链、苯基以及被1-3个选自甲基和乙基的基团取代的苯基。
在根据本发明的熔纺合成纤维的优选的实现方案中，基于聚硅氧烷的聚酰胺的n值为1-100(含端值)，DP为10-500(含端值)，X选自具有3-10个碳原子的直链或带有支链的亚烷基链，Y选自具有1-20个碳原子的直链或带有支链的亚烷基链，R1-R4的每一者选自甲基和乙基。
在根据本发明的熔纺合成纤维的特别优选的实现方案中，基于聚硅氧烷的聚酰胺的n值为4-25(含端值)，DP为15-100或最优选为15-45(含端值)，X选自具有5-10碳原子或最优选为10个碳原子的直链或带有支链的亚烷基链，Y选自具有2-6个碳原子的或最优选为6个碳原子的直链或带有支链的亚烷基链，R1-R4的每一者都是甲基。
此外，在Y中
(a)亚烷基链可以任选地和额外地在亚烷基组份中含有下列结构中的至少一个：
(i)1-3个酰胺键，
(ii)C5或C6环烷基，和
(iii)任选地被1-3个各自独立的C1-C3烷基取代的苯基。
(b)亚烷基链本身可以任选地为下列基团中的至少一个所取代。
(i)羟基，
(ii)C3-C8环烷基，
(iii)1-3个各自独立的C1-C3烷基或任选地被1-3个各自独立的C1-C3烷基取代的苯基，
(iv)C1-C3烷羟基，或
(v)C1-C6烷基胺基，并且
(c)Y可与Z相同，Z为T(R20)(R21)(R22)，其中(R20)、(R21)和(R22)各自独立地为直链或带有支链的C1-C10亚烷基，并且T为CR，其中R为氢、
R1-R4所定义的基团或三价原子(如N、P或Al)。
相对应于式(I)，在根据本发明的方法中的基于聚硅氧烷的聚酰胺在其主链上必须含有聚硅氧烷组份。但是，基于聚硅氧烷的聚酰胺在侧基或支链部分可以含有聚硅氧烷组份。
X、Y、DP及R1-R4在基于聚硅氧烷的聚酰胺的每一重复单元中可以是相同的。在这样的情况下，基于聚硅氧烷的聚酰胺就是直链的均聚物。但是，基于聚硅氧烷的聚酰胺的重复单元中的X、Y、DP及R1-R4可以不相同。在这种情况下，得到其中重复单元以无规、交替或嵌段的形式依次排列共聚物。
根据本发明的熔纺合成纤维可以作为均聚物、作为上述共聚物之一、作为一种或多种均聚物或共聚物的物理混合物、或者作为一种或多种共聚物与一种或多种均聚物的物理混合物，含有式(I)的基于聚硅氧烷的聚酰胺。
在本发明的范围内，术语“成纤合成高聚物”是指对本领域技术人员已知的或将来开发的能够在熔融状态下纺丝的合成高聚物。聚酰胺(如尼龙-6或尼龙-4，6，特别是尼龙-6，6)是优选的成纤合成高聚物。
式(I)的添加剂由美国专利第6,051,216号及美国专利第5,981,680号已知，并在此文献中被描述为用在头发、皮肤和腋下化妆品中作为胶凝剂。令人惊讶地，我们发现，含有式(I)的添加剂的熔纺合成纤维显示出降低了的静电荷及断开长度(opening length)。后者在10至30mm之间、优选约20mm。
在根据本发明的熔纺合成纤维的特别优选的实现方案中，相对于成纤合成高聚物，纤维含有0.01至5重量％、特别优选值0.1至3重量％的添加剂。
在根据本发明的熔纺合成纤维的另一个优选的实际方案中，纤维还含有增容剂，并且，相对于成纤合成高聚物，添加剂和增容剂的重量为0.01至5重量％、优选0.1至3重量％，而纤维中所含添加剂和增容剂的比例优选80至＜100重量份、特别优选80至95重量份添加剂和优选＞0至20重量份、特别优选5至20重量份增容剂。
增容剂的选择取决于所使用的成纤合成高聚物。在根据本发明的熔纺合成纤维的特别优选的实现方案中，成纤合成高聚物为尼龙-6，6并且增容剂为聚乙二醇。
本发明的基本目的还通过生产熔纺合成纤维的方法而实现，上述熔纺合成纤维包括成纤合成高聚物及添加剂，其中添加剂在成纤合成高聚物的生产过程中加入或在熔融前或熔融后加入成纤合成高聚物，并且添加剂是具有式(I)的重复单元的基于聚硅氧烷的聚酰胺
其中n是1-500(含端值)范围内的数并表明了基于聚硅氧烷的聚酰胺的重复单元的数量，DP是基于聚硅氧烷的聚酰胺的聚硅氧烷组份的平均聚合度并且在1-700(含端值)的范围内，X选自具有1-30个碳原子的直链或带有支链的亚烷基链，Y选自具有1-40碳原子的直链或带有支链的亚烷基链，R1-R4基团中的每一者独立地选自甲基、乙基、丙基、异丙基、聚硅氧烷链、苯基以及被1-3个选自甲基和乙基的基团取代的苯基；并且对这些纤维进行熔纺。
在根据本发明的方法的优选的实现方案中，基于聚硅氧烷的聚酰胺的n值为1-100(含端值)，DP为10-500(含端值)，X选自具有3-10个碳原子的直链或带有支链的亚烷基链，Y选自具有1-20个碳原子的直链或带有支链的亚烷基链，R1-R4的每一者选自甲基和乙基。
在根据本发明的方法的特别优选的实现方案中，基于聚硅氧烷的聚酰胺的n值为4-25(含端值)，DP为15-100或最优选为15-45(含端值)，X选自具有5-10碳原子或最优选为10个碳原子的直链或带有支链的亚烷基链，Y选自具有2-6个碳原子的或最优选为6个碳原子的直链或带有支链的亚烷基链，R1-R4的每一者都是甲基。
此外，根据本发明并具有式(I)的重复单元的的方法中所使用的添加剂可以具有以下组合物Y。
(a)Y的亚烷基链可以任选地和额外地在亚烷基组份中含有下列结构中的至少一个：
(i)1-3个酰胺键，
(ii)C5或C6环烷基，和
(iii)任选地被1-3个各自独立的C1-C3烷基取代的亚苯基。
(b)Y的亚烷基链本身可以任选地为下列结构中的至少一个所取代。
(i)羟基，
(ii)C3-C8环烷基，
(iii)1-3个各自独立的C1-C3烷基或任选地被1-3个各自独立的C1-C3烷基取代的苯基，
(iv)C1-C3烷羟基，或
(v)C1-C6烷基胺基。
(c)Y可与Z相同，Z为T(R20)(R21)(R22)，其中(R20)、(R21)和(R22)各自独立地为直链或带有支链的C1-C10亚烷基，并且T为CR，其中R为氢、R1-R4所定义的基团或三价原子(如N、P或Al)。
相对应于式(I)，在根据本发明的方法中的基于聚硅氧烷的聚酰胺在其主链上必须含有聚硅氧烷组份。但是，基于聚硅氧烷的聚酰胺在侧基或支链部分可以含有聚硅氧烷组份。
在根据本发明的方法中，添加剂可以是具有式(I)的重复单元的基于聚硅氧烷的聚酰胺，其中X、Y、DP及R1-R4对每一重复单元都相同。在此情况下，基于聚硅氧烷的聚酰胺是直链均聚物。
类似地，在根据本发明方法中，添加剂可以是X、Y、DP及R1-R4的差别在于重复单元不一样的基于聚硅氧烷的聚酰胺。在此情况下，在根据本发明的方法中使用其中重复单元以无规、交替或嵌段的方式依次排列的共聚物为添加剂。
最后，在根据本发明的方法中，式(I)的基于聚硅氧烷的聚酰胺以形式使用：
-一种或多种上述均聚物或共聚物的混合物，或
-一种或多种共聚物与一种或多种的均聚物的混合物。
令人惊讶的是，包括使用基于聚硅氧烷的聚酰胺作为添加剂的根据本发明的方法使挤出机头中的压力的平均值及变化范围将降低并使喷嘴压力降低。
在本发明的范围内，成纤合成高聚物应被理解为本领域的技术人员已知的或将来开发的能够在熔融状态下纺丝的合成高聚物。聚酰胺(如尼龙-6或尼龙-4，6，特别是尼龙-6，6)是优选的成纤合成高聚物。
在根据本发明的熔纺合成纤维的特别优选的实现方案中，相对于成纤合成高聚物，所使用的添加剂的比例为0.01至5重量％、特别优选0.1-3重量％。
在根据本发明的熔纺合成纤维的另一个优选的实际方案中，还使用了增容剂，其中，相对于成纤合成高聚物的重量，添加剂和增容剂的重量为0.01至5重量％、优选0.1至3重量％，而所使用的添加剂和增容剂的比例优选80至＜100重量份、特别优选80至95重量份的添加剂和优选＞0至20重量份、特别优选5至20重量份的增容剂。
增容剂的选择取决于所使用的成纤合成高聚物。在根据本发明的方法的特别优选的实现方案中，成纤合成高聚物为尼龙-6，6并且增容剂为聚乙二醇。
如以上已提及的，添加剂可以在成纤合成高聚物的生产过程中加入，而添加剂可以与增容剂一起加入。在此种情况下，添加剂以及(如果适用的话)增容剂优选以水分散物的形式加入。
也已经提及，添加剂可以在熔融前加入成纤合成高聚物熔融，而添加剂可以与增容剂一起加入。在此情况下，成纤合成高聚物的颗粒可与添加剂以及(如果适用的话)增容剂的粉末或颗粒混合并一起加入挤出机。另外，可以将添加剂以及(如果适用的话)增容剂的水分散物施于成纤合成高聚物的颗粒上(例如通过喷雾进行)，此后将颗粒干燥并加入挤出机。
最后，如以上已提及的，可以将添加剂(如果适用的话，与增容剂一起)在熔融之后一起加入成纤合成高聚物中，此处，将添加剂以及(如果适用的话)增容剂以颗粒或处于熔化状态的形式加入熔融的加成纤合成高聚物中。
实施例
以下结合下列实施例更详细地描述本发明。
对比例1
溶液粘度为2.55(在25℃下、在90％的乙酸溶液中，以乌氏粘度计测得)的尼龙-6，6，在单螺杆挤出机中在307℃下熔化，并通过72孔(孔直径为200μm)的纺丝头纺丝，牵伸系数为14，所纺出的丝进入长1200mm、宽150mm的骤冷丝室，其中骤冷空气流量为300m3/h，并以450m/min的速度缠绕。所得的纱线为350dtex/f72。
实施例1
将尼龙-6，6除使用2重量％添加剂第8179号(可从Dow Corning得到，并且具有(Ia)的结构)外，如对比例1纺丝。
其中将添加剂在熔融前以被研磨后的平均粒度0.6至1.6mm的形式(使用重量计量装置(Engelhard system))逐渐加入。
实施例2
尼龙-6，6除使用2重量％的添加剂第8178号(可从Dow Corning购得)外，如实施例1纺丝。添加剂第8178号由式(Ia)的添加剂85-90重量份和作为增容剂的聚乙二醇10-15重量份组成。该添加剂在使用前研磨和过筛。使用粒度为0.6至3mm的筛分部分。
实施例3
尼龙-6，6除使用1重量％的添加剂第8178号(可从Dow Corning购得)外，如实施例2纺丝。
表1中列出了挤出机头压力EP并在括号中列出了其变化范围。另外，表1中还含有纺丝头压力MP及可纺性评价。实施例1-3与对比例1的对比表明，式(Ia)的添加剂以及(如果适用的话)增容剂聚乙二醇的使用降低了纺丝头压力。实施例2和3与对比例1的对比表明，当使用添加剂和增容剂时，挤出机头压力EP减小。实施例1和3与对比例1的对比表明，添加剂和(如果适用的话)增容剂的使用降低了挤出机头压力变化范围。
表1
| 添加剂 | EP[巴] | NP[巴] | 可纺性 | |
| 对比例1 | - | 70(50-90) | 119±0.5 | 好 |
| 实施例1 | 2重量％第8179号 | 70(65-80) | 110±1 | 好 |
| 实施例2 | 2重量％第8178号 | 55(30-80) | 110±5 | 好 |
| 实施例3 | 1重量％第8178号 | 60(40-75) | 115±5 | 好 |
对比例2
对比例1中所得到的尼龙纱线，以可购得的含水前处理剂进行后处理。被后处理过的纱线的磨擦[cN]和磨擦系数用Rothschild F-计测量(以犁铧的形式排列的五个陶瓷刀具销，抱合角180°，预张力5cN)，而静电荷[kV/m]用Ehex装置(Rothschild F-计的附件)对各种速度进行测量。
实施例4
对实施例1中所得到的尼龙-6，6纱线依照对比例2进行后处理并进行测量。
实施例5
对实施例2中所得到的尼龙-6，6纱线依照对比例2进行后处理并进行测量。
表2显示了对比例2及实施例4和5中尼龙纱线的在不同测试速度下的摩擦，摩擦系数和静电荷。
表2
| 测试参数 | 测试速率[m/min] | |||
| 50 | 100 | 200 | ||
| 对比例2 | 摩擦[cN]摩擦系数静电荷[kV/m] | 270.540.85 | 340.621.6 | 420.671.35 |
| 实施例4 | 摩擦[cN]摩擦系数静电荷[kV/m] | 270.530.9 | 330.610.65 | 380.650.4 |
| 实施例5 | 摩擦[cN]摩擦系数静电荷[kV/m] | 330.610 | 420.680.05 | 480.73-0.05 |
实施例4和5与对比例2的对比表明，与对比例2的尼龙-6，6纱线相比，含有式(Ia)的添加剂和(如果适用的话)增容剂聚乙二醇的尼龙-6，6纱线至少在测试速率为100和200m/min时显示出低得多的静电荷。实施例5表明，静电荷可以在整个测试速度范围内实际上被消除。
Claims (28)
1、包含成纤合成高聚物和添加剂的熔纺合成纤维，其中添加剂是具有式(I)所示的重复结构单元的基于聚硅氧烷的聚酰胺。
其中n是包括端值的范围1-500内的数并且表明了基于聚硅氧烷的聚酰胺的重复单元数，DP是基于聚硅氧烷的聚酰胺的聚硅氧烷组份的平均聚合度并且在包括端值的范围1-700内，X选自具有1-30个碳原子的直链或带有支链的亚烷基链，Y选自具有1-40个碳原子的直链或带有支链的亚烷基链，R1-R4基团中的每一者是独立地选自甲基、乙基、丙基、异丙基、聚硅氧烷链、苯基和被1-3个选自甲基和乙基的基团取代的苯基。
2、根据权利要求1的熔纺合成纤维，其中n值在包括端值的范围1-100内，DP在包括端值的范围10-500内，X选自具有3-10个碳原子的直链或带有支链的亚烷基链，Y选自具有1-20个碳原子的直链或带有支链的亚烷基链，R1-R4中的每一者选自甲基和乙基。
3、根据权利要求2的熔纺合成纤维，其中n值在包括端值的范围4-25内，DP在包括端值的范围15-45内，X选自具有5-10个碳原子的直链或带有支链的亚烷基链，Y选自具有2-6个碳原子的直链或带有支链的亚烷基链，R1-R4为甲基。
4、根据权利要求1的熔纺合成纤维，其中纤维是聚酰胺。
5、根据权利要求1的熔纺合成纤维，其中相对于成纤合成高聚物，纤维包含0.01至5重量％的添加剂。
6、根据权利要求5的熔纺合成纤维，其中纤维还包含增容剂，并且相对于成纤合成高聚物，添加剂和增容剂的总重量是0.01至5重量％。
7、根据权利要求6的熔纺合成纤维，其中成纤合成高聚物是尼龙-6，6，并且增容剂是聚乙二醇。
8、包含成纤合成高聚物和添加剂的熔纺合成纤维的生产方法，该方法包括
(a)在成纤合成高聚物的生产过程中加入添加剂，或者
(b)在成纤合成高聚物熔融前或后加入添加剂，
其中添加剂是具有式(I)的重复单元的基于聚硅氧烷的聚酰胺
其中n是包括端值的范围1-500内的数并且表明了基于聚硅氧烷的聚酰胺的重复单元数，DP是基于聚硅氧烷的聚酰胺的聚硅氧烷组份的平均聚合度并且在包括端值的范围1-700内，X选自具有1-30个碳原子的直链或带有支链的亚烷基链，Y选自具有1-40个碳原子的直链或带有支链的亚烷基链，R1-R4基团中的每一者是独立地选自甲基、乙基、丙基、异丙基、聚硅氧烷链、苯基和被1-3个选自甲基和乙基的基团取代的苯基；和
熔纺这些纤维。
9、根据权利要求8的方法，其中n值在包括端值的范围1-100内，DP在包括端值的范围10-500内，X选自具有3-10个碳原子的直链或带有支链的亚烷基链，Y选自具有1-20个碳原子的直链或带有支链的亚烷基链，R1-R4中的每一者选自甲基和乙基。
10、根据权利要求9的方法，其中n值在包括端值的范围4-25内，DP在包括端值的范围15-45内，X选自具有5-10个碳原子的直链或带有支链的亚烷基链，Y选自具有2-6个碳原子的直链或带有支链的亚烷基链，R1-R4为甲基。
11、根据权利要求8的方法，其中成纤合成高聚物是聚酰胺。
12、根据权利要求8的方法，其中相对于成纤合成高聚物，纤维还包含0.01至5重量％的添加剂。
13、根据权利要求12的方法，其中加入增容剂，相对于成纤合成高聚物，添加剂和增容剂的总量为0.01至5重量％。
14、根据权利要求8的方法，其中加入增容剂，并且其中成纤合成高聚物是尼龙-6，6，并且增容剂是聚乙二醇。
15、根据权利要求8的方法，其中添加剂在成纤合成高聚物的生产过程中加入，并且添加剂的形式是水分散物。
16、根据权利要求8的方法，其中添加剂与增容剂在成纤合成高聚物的生产过程中加入，并且添加剂和聚合物的形式是水分散物。
17、根据权利要求8的方法，其中在成纤合成高聚物熔融前将成纤合成高聚物的颗粒与添加剂的颗粒相混合并加入挤出机。
18、根据权利要求8的方法，其中在成纤合成高聚物熔融前将成纤合成高聚物的颗粒与添加剂的粉末相混合并加入挤出机。
19、根据权利要求8的方法，其中在成纤合成高聚物熔融前将成纤合成高聚物的颗粒与添加剂和增容剂的颗粒相混合并加入挤出机。
20、根据权利要求8的方法，其中在成纤合成高聚物熔融前将成纤合成高聚物的颗粒与添加剂和增容剂的粉末相混合并加入挤出机。
21、根据权利要求8的方法，其中在成纤合成高聚物熔融前将添加剂的水分散物施于成纤合成高聚物的颗粒上、将颗粒干燥并加入挤出机。
22、根据权利要求8的方法，其中在成纤合成高聚物熔融前将增容剂和添加剂的水分散物施于成纤合成高聚物的颗粒上、将颗粒干燥并加入挤出机。
23、根据权利要求8的方法，其中在熔融后将添加剂加入成纤合成高聚物中。
24、根据权利要求23的方法，其中添加剂以颗粒的形式加入到熔融的成纤合成高聚物中。
25、根据权利要求23的方法，其中在熔融状态下将添加剂加入到熔融的成纤合成高聚物之中。
26、根据权利要求8的方法，其中在熔融后将添加剂及增容剂加入成纤合成高聚物。
27、根据权利要求26的方法，其中添加剂及增容剂以粒状的形式加入到熔化的成纤合成高聚物中。
28、根据权利要求26的方法，其中在熔融状态下将添加剂及增容剂加入到熔融的成纤合成高聚物中。
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